El sistema de suministro y drenaje de agua de laboratorio es un sistema diseñado especialmente sobre la base del sistema de suministro y drenaje de agua del edificio, que se caracteriza por su diseño no estándar y una amplia variedad de distribuciones flexibles.

El diseño del sistema de suministro y drenaje de agua de laboratorio se finaliza antes del diseño de ingeniería arquitectónica. Se trata de un producto integrado junto con las obras de edificación y el sistema de suministro y drenaje de agua del edificio; por consiguiente, el diseño debe ser definido por profesionales de acuerdo con los requisitos de suministro y drenaje de agua de los bancos de laboratorio configurados en el laboratorio, tras lo cual se elabora el diseño de la distribución general de suministro y drenaje de agua del proyecto.

I. Sistema de suministro de agua

Como base importante para la investigación científica, la seguridad y la higiene de los laboratorios revisten una importancia vital. Esto es especialmente aplicable a los laboratorios especiales, como los laboratorios de investigación de virus infecciosos médicos y los laboratorios biológicos, cuya seguridad es aún más relevante, y el papel del suministro y drenaje de agua —parte indispensable de la experimentación— no debe subestimarse. El sistema de suministro de agua de laboratorio incluye el sistema de agua de proceso de laboratorio, el sistema de agua doméstico y el sistema de agua para protección contra incendios. El agua de proceso de laboratorio se divide en agua de laboratorio general y agua purificada de laboratorio; el sistema de agua purificada de laboratorio es un sistema de suministro de agua independiente. El sistema de agua doméstico y el sistema de agua para protección contra incendios son coincidentes con los sistemas de suministro de agua de los edificios ordinarios y, por lo general, pueden combinarse con el sistema de agua de laboratorio general en un único sistema.

Distintos laboratorios presentan diferentes requisitos para el agua de laboratorio; la calidad del agua de refrigeración recirculante para los instrumentos de laboratorio deberá cumplir los distintos requisitos de calidad hídrica de cada tipo de instrumento. Los laboratorios que realizan experimentos con ácidos fuertes, álcalis fuertes o líquidos altamente tóxicos con posibilidad de salpicaduras o explosiones deberán contar con instalaciones de ducha de emergencia en las proximidades; cuando la carga de agua descargada por un lavaojos de emergencia supere 1 m, se deberán adoptar medidas de reducción de presión; los grifos de los laboratorios de Clase II deberán utilizar interruptores de accionamiento por pedal, por codo o por sensor. Las bocas de incendio interiores deberán ubicarse en la zona limpia; la acometida de tuberías del sistema de suministro de agua normalmente deberá situarse en la zona limpia, utilizando una red de suministro de agua de tipo descendente (alimentación ascendente).

El sistema de agua para protección contra incendios interior incluye el sistema de protección contra incendios ordinario, el sistema de suministro de agua para rociadores automáticos y el sistema de suministro de agua para cortinas de agua. Edificios como los edificios de laboratorios y los almacenes deberán contar con un sistema de suministro de agua para protección contra incendios exterior cuando sea necesario, compuesto por tuberías de agua contra incendios exteriores, hidrantes exteriores, bombas contra incendios, etc. Consulte las Figuras 6-44 y 6-45.

II. Métodos de suministro de agua

Un laboratorio ordinario normalmente solo necesita una tubería de acometida; sin embargo, si el equipamiento de un edificio de laboratorios de gran tamaño requiere un suministro de agua seguro, se deben instalar dos tuberías de acometida. Una sola tubería de acometida normalmente entra al edificio de laboratorios por la parte central del edificio, para que la presión del agua sea más equilibrada. Con dos tuberías de acometida, estas suelen entrar por lados distintos del edificio de laboratorios. Si, en circunstancias especiales, solo pueden entrar por el mismo lado, se debe mantener una separación amplia —no inferior a 10 m— entre las tuberías de acometida, y se deben instalar válvulas en la red de suministro de agua que conecta las dos tuberías, de modo que se pueda mantener un suministro de agua seguro incluso en caso de fallo local. Las tuberías de acometida deben introducirse desde la zona con mayor consumo de agua. Además, la red interna de tuberías de suministro de agua del laboratorio debe disponerse de forma racional para facilitar el mantenimiento de las tuberías. Los recorridos de las tuberías internas deben ser lo más cortos posible y evitar cruces, lo que hace que el suministro de agua sea más seguro y fiable. Las tuberías en los laboratorios ordinarios suelen discurrir vistas a lo largo de pasillos,

[Figura: Fig. 6-44 «Plano de suministro de agua de laboratorio» — plano de suministro de agua / disposición de puntos de toma de laboratorio (aprox. 1:100), que incluye el contorno del plano del edificio, las divisiones de las salas, los puntos de consumo de agua, el recorrido de las tuberías de suministro, las líneas de cota y los números de eje.]

Fig. 6-44 Plano de suministro de agua de laboratorio

[Figura: Fig. 6-45 «Diagrama del sistema de suministro de agua de laboratorio» — que incluye el «Diagrama del sistema de suministro de agua 1:100» (axonométrico) y el «Diagrama del sistema de producción de agua 1:100», en el que se muestran las tuberías verticales de suministro/producción de agua, las tuberías principales, las derivaciones, las válvulas, las conexiones en los puntos de consumo de agua, el recorrido de las tuberías y las relaciones de elevación.]

Fig. 6-45 Diagrama del sistema de suministro de agua de laboratorio

paredes, techos o esquinas de columnas como recorridos vistos, lo que es cómodo para la observación pero facilita la acumulación de polvo. Por ello, en los laboratorios con requisitos de seguridad relativamente altos, se suele preferir la instalación empotrada, con las tuberías colocadas en pozos de tuberías, techos, zanjas de tuberías o galerías comunes de tuberías. Es importante tener en cuenta que todas las tuberías empotradas deben contar con aberturas de acceso en las posiciones de las válvulas de control para facilitar la reparación de averías. Las tuberías de suministro de agua doméstico suelen situarse en zonas limpias. En cuanto a la entrada de tuberías del sistema de suministro de agua de un laboratorio radiactivo, la red de suministro de agua suele adoptar la disposición de arriba hacia abajo (abastecimiento ascendente). Cuando las tuberías discurren desde la zona limpia hasta equipos de la zona contaminada —como cajas de guantes, campanas de extracción de humos y duchas— existe riesgo de contaminación; por ello, deben alimentarse a través de un depósito de ruptura local. La capacidad y la altura del depósito de ruptura deben ser adecuadas, y se debe añadir un dispositivo de aumento de presión si es necesario. Alternativamente, en la unión entre zonas de distintos niveles de radiación, se puede instalar una válvula de aislamiento en cada extremo de la tubería, con una derivación conectada entre ambas; cuando la tubería no esté en funcionamiento, se cierran las válvulas de aislamiento y se abre la válvula de drenaje para vaciar el agua residual. En los laboratorios radioquímicos pequeños, se puede instalar una válvula de retención en la tubería antes de que entre en la zona contaminada para evitar la contaminación. El sistema de suministro de agua del laboratorio debe garantizar la presión, la calidad y la cantidad de agua necesarias. En los edificios de laboratorios de gran altura de gran tamaño, cuando la red exterior no puede satisfacer las necesidades de agua de los laboratorios de las plantas superiores, o cuando la presión de la red exterior es insuficiente de forma periódica —especialmente para garantizar el suministro seguro de agua de los laboratorios—, se deben instalar equipos locales de aumento de presión o depósitos en azotea y bombas de uso exclusivo para los laboratorios de las plantas superiores; se deben disponer duchas de lavado de emergencia y lavaojos de emergencia, con un caudal de agua lo suficientemente grande y válvulas de apertura rápida. Los métodos de suministro de agua comunes son los siguientes:

  1. Suministro directo de agua. Cuando el laboratorio tiene pocas plantas y la presión y el caudal de agua son adecuados, generalmente se puede utilizar el método de suministro directo; con este método no se necesita ninguna bomba de refuerzo interior y el sistema suele estar conectado a la red de suministro de agua exterior.

  2. Suministro de agua con tanque elevado. Este método se puede utilizar cuando, durante el pico de consumo de agua, la presión de la red exterior desciende de modo que no se pueden satisfacer las necesidades de agua de las plantas superiores, o cuando la presión de la red exterior es insuficiente de forma periódica.

  3. Suministro de agua con bombas de refuerzo. Este método se puede utilizar cuando la presión de la red exterior es inferior a la presión necesaria para el agua de uso en laboratorio, el agua doméstica y el agua contra incendios.

Requisitos de las instalaciones de suministro y drenaje de agua para distintos niveles de laboratorio:

  1. BSL-1: Cada laboratorio deberá contar con un fregadero de lavado de manos cerca de la salida.

  2. BSL-2: Cada laboratorio deberá contar con un fregadero de lavado de manos cerca de la salida; se deberán proporcionar instalaciones de lavado de ojos y dispositivos de ducha de emergencia, entre otros.

  3. BSL-3: Se deberán proporcionar instalaciones de lavado de manos en las salidas de la zona semicontaminada y la zona contaminada; el suministro de agua deberá estar equipado con dispositivos de prevención de reflujo y utilizar válvulas de suministro no manuales (sin contacto). Se deberán proporcionar instalaciones de ducha en la zona limpia; se deberán proporcionar dispositivos de ducha de desinfección de emergencia en la zona semicontaminada cuando sea necesario. No se deberán instalar desagües de suelo en el interior del laboratorio principal; el drenaje de las zonas semicontaminada y contaminada deberá estar completamente aislado de los demás sistemas de drenaje, recogerse a través de tuberías exclusivas en un dispositivo independiente, y desinfectarse y esterilizarse.

III. Sistema de drenaje

El sistema de drenaje del laboratorio se configura según la composición, las propiedades, el caudal y el patrón de descarga de las aguas residuales vertidas por el laboratorio. El agua de refrigeración vertida por los equipos de laboratorio u otras aguas residuales que solo contengan materia suspendida o coloidal inofensiva no necesitan tratamiento y pueden verterse directamente a la red de drenaje exterior. Las aguas residuales que contengan múltiples componentes o sustancias tóxicas y peligrosas, que puedan interactuar entre sí, dañar las tuberías o causar accidentes, deberán separarse de las aguas residuales domésticas y verterse a través de tuberías exclusivas a un tanque de desinfección para una desinfección unificada. Los líquidos residuales de disolventes relativamente puros o los reactivos tóxicos preferiblemente deberán verterse después de recibir tratamiento; las aguas residuales vertidas que se vayan a reutilizar deberán tratarse de la forma correspondiente. Se gestionan como residuos médicos químicos y no deben verterse directamente en la estación de aguas residuales. La disposición de las tuberías de drenaje también debe ser racional, con el menor número posible de codos para Evite la obstrucción por impurezas, y la disposición debe estar relativamente concentrada para facilitar el mantenimiento tras fallos. Las tuberías de drenaje deben discurrir a lo largo de pasillos, esquinas de columnas, paredes, techos, etc., pero se debe tener cuidado de evitar que atraviesen laboratorios con altos requisitos de seguridad, como las salas de instrumentos de precisión. Las tuberías principales deben disponerse lo más cerca posible de los equipos con mayor volumen de drenaje. Los laboratorios pequeños con volúmenes reducidos de aguas residuales pueden utilizar un sistema de drenaje único. No obstante, cuando el volumen de aguas residuales sea pequeño pero su concentración sea alta, pueden recogerse en contenedores específicos y enviarse a una zona de almacenamiento de aguas residuales o tratarse de la forma correspondiente. Las aguas residuales radiactivas vertidas requieren un tratamiento especial: tras la desintegración de los isótopos, se tratan como aguas residuales médicas; no deben atravesar la zona limpia y deben drenar desde la zona limpia hacia la zona contaminada para evitar la propagación de la contaminación. Si el nivel de radiación es alto, se deben disponer zanjas de drenaje, pozos y canales de tuberías exclusivos, junto con las medidas de protección necesarias. Si las aguas residuales radiactivas son corrosivas, deben seleccionarse materiales resistentes a la corrosión adecuados para las tuberías con el fin de evitar la corrosión y las fugas. Por lo general, las zanjas de tuberías pueden construirse de ladrillo; cuando se necesite protección o el nivel freático sea alto, debe utilizarse hormigón. El revestimiento de la zanja utiliza revoco de cemento, acero al carbono o revestimiento de acero inoxidable, pintado con pintura antioxidante. Véanse las figuras 6-46 y 6-47.

[Figura: Plano de drenaje del suelo del laboratorio (dibujo CAD en color), que muestra la disposición y los puntos de drenaje de las salas funcionales del departamento de laboratorio clínico; las etiquetas de las salas incluyen: sala de instalaciones de aire fresco, almacén, zona de laboratorio de inmunología del VIH, zona de análisis de productos, zona de amplificación, zona de preparación de muestras, zona de preparación de reactivos, sala de lavado, zona de amortiguamiento, zona de preparación, pasillo exclusivo, sala de inoculación y cultivo, sala de análisis de esputos, sala de fluidos corporales, sala de identificación, sala estéril, sala de desinfección, sala de flebotomía, zona de instrumentos grandes de suelo, bioquímica, inmunología, hematología, análisis clínicos, zona de espera, vestuarios femeninos/masculinos, sala de producción de agua, SAI, cámara fría, sala de almacenamiento de muestras, sala de diagnóstico molecular de patógenos, laboratorio de tipificación tisular, sala de células, oligoelementos, sala de procesamiento de muestras, sala de extracción de sangre VIP, zona de emisión de informes, sala de reuniones, sala de archivos, oficina del departamento de laboratorio, oficina del director, sala de guardia, etc.]

Fig. 6-46 Plano de drenaje del laboratorio

[Figura: Diagrama axonométrico del sistema de drenaje del laboratorio, con etiquetas de diámetro de tubería como De50/De75/De110, símbolos de pendiente y elevación, tuberías ramales/columnas, desagües de suelo y bocas de limpieza; titulado “Diagrama del sistema de drenaje 1:100” en la figura]

Fig. 6-47 Diagrama del sistema de drenaje del laboratorio

1. Composición y peligros de las aguas residuales

Las aguas residuales generadas por los laboratorios incluyen muestras sobrantes, residuos de muestras analíticas, soluciones madre caducadas y soluciones de lavado, así como grandes cantidades de agua de enjuague. Casi todos los elementos de análisis rutinario presentan problemas de contaminación por aguas residuales en distintos grados. La composición de estas aguas residuales es muy variada: incluye la materia orgánica más común, iones de metales pesados y microorganismos nocivos, así como cianuros relativamente más escasos que requieren un tratamiento independiente; las bacterias, toxinas, etc., deben esterilizarse.

Una vez que las aguas residuales con un exceso de metales pesados se vierten río abajo en aguas limpias, contaminan grandes extensiones de agua; dado que estas aguas contaminadas con metales pesados no se distinguen del agua normal por su color ni olor, cuando se utilizan para riego, el suelo y los cultivos se contaminan inevitablemente con metales pesados. Las personas que consumen cultivos cultivados en suelos contaminados con metales pesados sufren fácilmente intoxicación por metales pesados.

2. Métodos de tratamiento de aguas residuales

Generalmente existen métodos físicos, químicos y biológicos. El método físico utiliza principalmente la acción física para separar la materia suspendida de las aguas residuales; el método químico recurre principalmente a reacciones químicas para tratar las sustancias disueltas o coloidales en las aguas residuales; el método biológico elimina la materia orgánica coloidal y disuelta de las aguas residuales. Cada uno de los tres métodos de tratamiento básicos tiene sus propias características y condiciones de aplicación. Antes de que las aguas residuales se viertan a la red municipal, el grado de tratamiento se determinará según los requisitos de vertido, teniendo en cuenta la capacidad de autodepuración del cuerpo de agua receptor; la carga permisible del cuerpo de agua, es decir, la concentración permisible vertida en él, se determina generalmente a partir de indicadores de sustancias nocivas y oxígeno disuelto.

2.1 Tratamiento de aguas residuales ácidas

Neutralizar con aguas residuales alcalinas para que el pH de las aguas residuales mezcladas se acerque a la neutralidad; añadir agentes neutralizantes a las aguas residuales ácidas; o filtrar las aguas residuales ácidas a través de un lecho filtrante alcalino para su neutralización.

2.2 Tratamiento de aguas residuales alcalinas

Neutralizar con aguas residuales ácidas; añadir agentes neutralizantes ácidos a las aguas residuales alcalinas;

inyectar gases de combustión (gases ácidos como el dióxido de carbono o el dióxido de azufre) en las aguas residuales alcalinas; o utilizar dióxido de carbono disuelto en agua para neutralizar las aguas residuales alcalinas.

2.3 Tratamiento de líquidos residuales mixtos

Se adopta el proceso «homogeneización de la calidad del agua + filtración de neutralización — coagulación de neutralización — electrólisis interna por desplazamiento — tanque de adsorción biológica — tanque de sedimentación más tanque de agua clara». En el tratamiento de aguas residuales, para proteger el sistema de control de pH en línea, se utiliza la tecnología de filtración de neutralización para garantizar que las aguas residuales ácidas y alcalinas cumplan establemente la norma de vertido, y se reduce el consumo de reactivos. Se emplea relleno combinado para inmovilizar los lodos; la etapa de desinfección cuenta con un generador de ozono avanzado; la digestión de lodos utiliza un distribuidor de agua por pulsos para lograr la reducción de volumen de lodos. Este proceso puede descomponer la materia orgánica compleja y tratar de forma estable los efectos de los reactivos en las aguas residuales de laboratorio. Además, el proceso presenta bajos costos operativos, gestión conveniente y un amplio ámbito de aplicación.

Mediante una disposición racional, se minimiza la superficie ocupada; con un buen diseño de paisajismo, la estación de tratamiento de aguas residuales se planifica racionalmente para convertirse en un elemento característico dentro del centro de laboratorio.

2.4 Tratamiento de aguas residuales especiales

Las aguas residuales que contienen radionúclidos se dividirán, según la vida media de los núclidos, en aguas residuales de radionúclidos de vida larga y de vida corta, que se tratarán por separado. Para las aguas residuales con radionúclidos de vida larga y concentraciones radiactivas relativamente altas, se almacenarán de forma centralizada; una vez acumulada una cantidad determinada, se tratarán mediante métodos de purificación, y la pequeña cantidad de concentrado generado durante la purificación podrá tratarse por solidificación. Las aguas residuales de radionúclidos de vida corta se tratarán mediante el método de almacenamiento. El tratamiento de las aguas residuales con radionúclidos deberá cumplir con la norma vigente GB 8703-88 Reglamento sobre protección radiológica. Las aguas residuales de los laboratorios de nivel de bioseguridad 4 y nivel de bioseguridad 3 deben desinfectarse; después del tratamiento, las aguas residuales deberán cumplir con la Norma de vertido de aguas residuales hospitalarias. Véase la Fig. 6-48. [Figura: Diagrama de flujo del proceso de tratamiento de aguas residuales. La secuencia es: aguas residuales de laboratorio → tanque de homogeneización de calidad del agua → tanque filtro de neutralización → tanque de neutralización (conectado a un soplador, con dosificación de ácido y álcali) → tanque de sedimentación (los lodos se descargan al tanque de digestión y espesamiento de lodos) → tanque de desplazamiento por electrólisis interna → tanque de adsorción biológica → tanque de desinfección (ozono suministrado por un generador de ozono) → tanque de agua clara → descarga conforme a la normativa. Nota de la figura: los residuos de cribado y los lodos se desinfectan y luego se transportan junto con los residuos peligrosos para su eliminación inocua.]

Fig. 6-48 Flujo del proceso de tratamiento de aguas residuales

IV. Precauciones para el diseño del sistema de suministro de agua y drenaje

  1. El sistema de suministro de agua y drenaje del laboratorio debe diseñarse de forma científica para garantizar que la fuente de agua no se contamine; si las fuentes de agua del laboratorio y de agua potable son distintas, los grifos de agua potable y de agua del laboratorio deben etiquetarse por separado para evitar confusiones.

  2. El edificio del laboratorio debe contar con una fuente de agua de reserva; cuando el suministro de agua municipal sea insuficiente o se interrumpa, la fuente de reserva podrá garantizar el suministro normal de agua de refrigeración para diversos instrumentos, agua para lavaojos, agua para destiladores y agua para condensadores de matraces de destilación.

  3. El sistema de suministro de agua y drenaje debe adaptarse a los módulos del laboratorio, estar dispuesto de forma racional y ser fácil de mantener; los tramos de tubería deben ser lo más cortos posible y evitarse los cruces. Las tuberías de suministro de agua y drenaje deben discurrir a lo largo de paredes, columnas, conductos de tuberías, huecos de mesas de trabajo, paneles de revestimiento de campanas extractoras de gases y ubicaciones similares; no deben colocarse junto a artículos que se descomponen rápidamente, arden, explotan o se dañan al entrar en contacto con el agua, ni por encima de instrumentos y equipos valiosos. Las tuberías en laboratorios ordinarios pueden instalarse a la vista; en laboratorios con requisitos de seguridad más elevados deben ocultarse siempre que sea posible, y todas las tuberías ocultas deben contar con aberturas de acceso en las válvulas de control para su mantenimiento.

  4. El sistema de suministro de agua y drenaje debe diseñarse con flexibilidad, reservando algunas instalaciones para garantizar la fiabilidad y el funcionamiento continuo del laboratorio.

En los sistemas de alimentación ascendente (upfeed), la tubería principal horizontal de suministro de agua debe colocarse preferiblemente por encima del pasillo de la planta baja o en el techo del sótano; en los sistemas de alimentación descendente (downfeed), la tubería principal horizontal debe colocarse preferiblemente en el espacio de servicio de tuberías de la planta superior o por encima del pasillo de la planta superior; en regiones sin heladas puede colocarse en la azotea. Debe instalarse una válvula en cada tubería derivada que conduzca desde la red principal de suministro hasta un laboratorio.

  1. Las posiciones de los puntos de uso de agua dentro del laboratorio deben ubicarse de forma científica y preinstalarse; los puntos de uso de agua deben colocarse contra las paredes siempre que sea posible, para facilitar la disposición de los puntos de drenaje y satisfacer las necesidades de renovación futuras.

  2. En los lugares del laboratorio donde se coloquen analizadores bioquímicos totalmente automáticos, analizadores hematológicos y analizadores de inmunoensayo, deben disponerse desagües de suelo antiolor dedicados, con una distancia máxima entre el desagüe de suelo y el instrumento que no supere los 2 m.

V. Sistema de agua purificada

En los laboratorios actuales, el entorno hídrico —el entorno más básico de la gran mayoría de los laboratorios— ocupa una posición muy importante. La calidad del agua determina a menudo la autenticidad y la reproducibilidad de muchos resultados experimentales; para los experimentos, se suele exigir que la concentración de elementos y compuestos de impureza en el agua purificada sea del nivel de ppb o incluso inferior. En la investigación científica de laboratorio, el punto de partida de la purificación es el agua de grifo; si el laboratorio ya cuenta con agua destilada, agua desionizada o agua de ósmosis inversa, solo es necesario prestar atención al proceso de ultrapurificación. Un sistema de agua purificada de laboratorio produce agua de pureza extremadamente alta: agua de la que se han eliminado casi por completo los medios conductores, mientras que los gases no disociados, los coloides y la materia orgánica (incluidas las bacterias) también se eliminan a un nivel muy bajo. Su conductividad es generalmente de 0,1–0,055 μS/cm, la resistividad (25 °C) es superior a 10×10⁶ Ω·cm y el contenido de sales es inferior a 0,1 mg/L; el agua pura ideal (teórica) tiene una conductividad de 0,055 μS/cm y una resistividad (25 °C) de 18,3×10⁶ Ω·cm. Consulte la Fig. 6-49.

[Figura: Plano de suministro de agua purificada de laboratorio (dibujo CAD), que muestra la distribución en planta de un laboratorio médico, con la zona de espera, la zona de procesamiento de muestras, varios laboratorios, pasillos y núcleos de escaleras/ascensores visibles en ambos extremos; las tuberías de agua purificada se representan con líneas de colores que indican el recorrido y los puntos de consumo de agua, con dimensiones marcadas en todo el perímetro]

Fig. 6-49 Plano de suministro de agua purificada de laboratorio

1. Métodos de purificación de agua y su aplicación combinada

En los laboratorios médicos —como las salas de bioquímica, las salas de bacteriología, las salas de células, las salas de inmunología y las salas de hematología— se utiliza agua purificada.

El agua purificada de laboratorio se puede producir mediante los siguientes métodos; el agua ultrapura debe combinar múltiples medios técnicos para cumplir plenamente las especificaciones.

1.1 Destilación

La destilación es un método tradicional y una vía habitual para producir agua purificada a partir de agua potable. Según el número de destilaciones, se divide en destilación simple, doble y triple; la pureza del agua aumenta con el número de destilaciones.

Las ventajas de la destilación son su simplicidad y la baja inversión inicial en equipos; sus desventajas son el consumo energético relativamente alto, así como la pureza y el rendimiento limitados.

1.2 Filtración

Este método generalmente recurre primero a la prefiltración para eliminar partículas grandes y limo del agua, después a cartuchos de algodón de filtro grueso y fino, y finalmente a la ósmosis inversa (OI). Las membranas de OI se utilizan habitualmente para filtrar contaminantes de hasta 1 nm de diámetro; un proceso típico de ósmosis inversa puede eliminar el 90 % de la contaminación iónica, la mayoría de los contaminantes orgánicos y casi toda la contaminación particulada del agua. La ósmosis inversa tiene una baja capacidad de eliminación de contaminantes no iónicos con pesos moleculares inferiores a 100 daltons, y la capacidad de eliminación de la membrana de OI aumenta a medida que se incrementa el peso molecular del contaminante. Teóricamente, este método puede eliminar el 100 % de las moléculas con pesos moleculares superiores a 300 daltons y partículas, incluidos coloides y microorganismos; no puede eliminar los gases disueltos.

En el proceso de ósmosis inversa, el agua de alimentación se bombea a una presión determinada (generalmente 4–15 bares, 60–220 psi) hacia el lado de alimentación de la membrana de OI en un flujo tangencial. Las membranas de OI son generalmente membranas de poliamida muy delgadas, estables en un amplio rango de pH, pero pueden dañarse por oxidantes como el cloro presente en los suministros de agua municipal. Los filtros de profundidad microporosos y las columnas de filtro de carbón activado utilizados para el pretratamiento del agua de alimentación suelen proteger la membrana de OI de partículas grandes, metales pesados y cloro libre. Generalmente, entre el 15 % y el 25 % del agua de alimentación se convierte en permeado; el concentrado retenido aguas arriba contiene la mayoría de las sales, la materia orgánica y casi todas las partículas. La relación volumétrica entre el permeado y el agua de alimentación se denomina tasa de recuperación.

El rendimiento de las membranas de OI en los sistemas de purificación de agua suele supervisarse midiendo la tasa de rechazo iónico, que se calcula como la diferencia entre la conductividad del agua de alimentación y la del permeado dividida por la conductividad del agua de alimentación, y se expresa como porcentaje. La tasa de rechazo iónico y la tasa de recuperación dependen de la calidad del agua de alimentación, la presión de alimentación, la temperatura del agua y el estado de la membrana de OI. Debido a su excelente eficacia de purificación, la ósmosis inversa es una tecnología muy eficaz para eliminar la gran mayoría de las impurezas. Sin embargo, su tasa de producción de permeado es relativamente baja, por lo que suele combinarse con un tanque de almacenamiento para contener el agua producto para su uso o purificación adicional. La unidad de ósmosis inversa protege los sistemas aguas abajo del ensuciamiento o la contaminación por coloides y compuestos orgánicos; los sistemas aguas abajo suelen estar equipados con dispositivos de intercambio iónico o electrodesionización. Para entender el principio de desalinización de la ósmosis inversa, primero es necesario comprender el concepto de «ósmosis». La ósmosis es un fenómeno físico: cuando dos masas de agua con distintas concentraciones de sal están separadas por una membrana semipermeable, las moléculas de agua del lado con menor contenido de sal atraviesan la membrana hacia el agua con mayor contenido de sal, mientras que la sal no permea; de esta forma, las concentraciones de sal de ambos lados se igualan gradualmente.

(1) Prefiltración. La filtración realizada con materiales con tamaños de poro superiores a 5–8 μm se denomina prefiltración; se aplica principalmente en la entrada de los equipos de purificación de agua para eliminar partículas grandes del agua del grifo.

(2) Ultrafiltración (UF). La filtración continua con un límite de corte de peso molecular de 5000 daltons se denomina ultrafiltración. Se utiliza principalmente para la purificación de macromoléculas biológicas o la eliminación de impurezas. En los equipos de agua ultrapura, se emplea principalmente para eliminar macromoléculas biológicas como nucleasas y endotoxinas del agua ultrapura, cumpliendo los estrictos requisitos de los experimentos biológicos para este tipo de agua.

(3) Microfiltración (MF). La filtración realizada con materiales con tamaños de poro comprendidos entre 0,1 μm y 5 u 8 μm se denomina microfiltración. Se utiliza para eliminar partículas y microorganismos del agua purificada; se dispone de microfiltros en línea en el circuito de flujo o microfiltros de punto de uso en la salida.

1.3 Adsorción

El método de adsorción aprovecha la alta porosidad del carbón activado para adsorber y eliminar algunos microorganismos, cloro libre y otras impurezas.

1.4 Fotooxidación

La fotooxidación utiliza luz ultravioleta de 185 nm y/o 254 nm para matar y descomponer oxidativamente los microorganismos del agua, controlando así el nivel de carbono orgánico total (COT) del agua ultrapura.

1.5 Intercambio iónico

Con la mejora continua de la producción industrial, las resinas de intercambio iónico también se han actualizado; combinadas con otros varios medios técnicos, dieron lugar a la electrodesionización, un método de intercambio iónico que puede regenerarse en línea.

1.5.1 Intercambio iónico clásico (SDI)

Por lo general, las resinas catiónicas y aniónicas se colocan en recipientes separados; tras un periodo de uso, están prácticamente saturadas y pueden regenerarse fuera de línea. La pureza del agua desionizada producida por este método es de aproximadamente 1 MΩ·cm.

1.5.2 Intercambio iónico con resina de grado nuclear

Este es el producto de resina de intercambio iónico más eficiente hasta la fecha; el agua tratada con ella puede alcanzar los 18,2 MΩ·cm, correspondiente al agua ultrapura de Grado I. En los equipos de agua ultrapura, las resinas de intercambio iónico catiónicas y aniónicas de grado nuclear se mezclan y empaquetan en un solo recipiente para un uso único; son desechables y no pueden regenerarse.

1.5.3 Electrodesionización (EDI)

Se trata de un método de intercambio iónico que combina el intercambio iónico, las membranas ionselectivas y la regeneración inmediata bajo un campo eléctrico. El EDI es una versión mejorada del intercambio iónico. La mayor ventaja de esta tecnología es que, en teoría, no requiere materiales consumibles; sin embargo, sus desventajas son la gran inversión inicial y los altos requisitos de pureza del módulo EDI respecto a iones de metales pesados y sustancias similares en el agua de alimentación: de no cumplirse estos requisitos, el módulo se intoxica fácilmente, y la resina de intercambio iónico activa no puede regenerarse bajo el campo eléctrico, por lo que el módulo EDI debe sustituirse. El verdadero valor del EDI radica en entidades como las plantas farmacéuticas con requisitos de certificación estrictos, donde puede garantizarse la producción continua. En el ámbito de los laboratorios, utilizar un módulo EDI para la producción de agua aumenta el coste de adquisición y no es la opción más eficiente. En el proceso de intercambio iónico, cuanto más largo es el recorrido del agua a través de la resina de intercambio iónico, mejor es el efecto de intercambio.

(1) Mediante intercambio iónico, el proceso es el siguiente: agua bruta → bomba elevadora de agua bruta → filtro multimedia → filtro de carbón activado → descalcificador de agua → filtro de precisión → filtración con resina catiónica → filtración con resina aniónica → resina catiónica/aniónica de lecho mixto → filtro microporoso → punto de uso (o depósito de almacenamiento)

(2) Mediante ósmosis inversa de dos etapas, el proceso es el siguiente: agua bruta → bomba elevadora de agua bruta → filtro multimedia → filtro de carbón activado → descalcificador de agua → filtro de precisión → ósmosis inversa de primera etapa → ajuste de pH → depósito intermedio → ósmosis inversa de segunda etapa → depósito de agua purificada → bomba de agua purificada → filtro microporoso → punto de uso

(3) Mediante EDI, el proceso es el siguiente: agua bruta de equipos de agua ultrapura → bomba elevadora de agua bruta → filtro multimedia → filtro de carbón activado → descalcificador de agua → filtro de precisión → unidad de ósmosis inversa de primera etapa → depósito intermedio → bomba intermedia → sistema EDI → filtro microporoso → punto de uso

(4) Agua bruta → filtro multimedia → filtro de carbón activado → descalcificador de agua → depósito intermedio → bomba de baja presión → ajuste de pH → mezclador de alta eficiencia → filtro de precisión → ósmosis inversa de alta eficiencia → depósito intermedio → bomba EDI → sistema EDI → filtro microporoso → punto de uso

1.6 Aplicación combinada de tecnologías de purificación

Los proveedores de agua purificada o ultrapura para laboratorios suelen combinar múltiples métodos para convertir el agua del grifo en el agua de alta pureza que requieren los laboratorios.

2. Clasificación del agua purificada para laboratorios

El agua purificada para laboratorios se divide en tres grados convencionales: agua purificada, agua purificada para laboratorios de Grado II y agua purificada para laboratorios de Grado III.

2.1 El agua purificada de Grado III suele tener una pureza física inferior a 50 μS/cm; el agua de destilación simple, el agua de doble destilación, el agua desionizada común y el agua de ósmosis inversa pertenecen todos a este grado, y generalmente se producen purificando el agua del grifo. Los usos principales del agua purificada de Grado III son el lavado de material de vidrio, el agua para autoclaves, el agua para entornos artificiales y el agua de alimentación para instrumentos de agua ultrapura.

2.2 El agua purificada de Grado II se expresa comúnmente con un valor de 5 a 15 MΩ·cm, aunque el rango de 1 a 17 MΩ·cm también puede considerarse como agua purificada de Grado II; el agua purificada de Grado II se produce generalmente sometiendo el agua purificada de Grado III a un intercambio iónico adicional o a una electrodeionización. Se utiliza principalmente para preparar reactivos generales, como agua para experimentos químicos ordinarios y como agua de alimentación para instrumentos de agua ultrapura.

2.3 El agua ultrapura de Grado I se refiere al agua con una pureza física superior a 18 MΩ·cm; una resistividad de 18,2 MΩ·cm es el indicador del agua ultrapura de Grado I. El agua ultrapura de Grado I se produce purificando aún más el agua purificada de Grado III o Grado II mediante resina de intercambio iónico de grado nuclear, y se utiliza principalmente para experimentos analíticos de alta precisión y experimentos de ciencias de la vida con requisitos de pureza de agua muy elevados.

3. Modos de suministro de agua purificada para laboratorios

Existen dos modos de suministro para el agua purificada de laboratorio: el modo de suministro central y el modo de suministro descentralizado.

3.1 Modo de suministro central de agua purificada

El modo de suministro centralizado de agua purificada consiste en instalar los equipos de producción de agua purificada de forma centralizada y distribuir el agua de laboratorio a través de tuberías de suministro hasta los puntos de uso de agua de cada laboratorio —ya sea un solo laboratorio o todo un edificio de laboratorios—, de modo que el agua purificada o ultrapura de laboratorio se obtenga directamente del grifo de agua purificada de cada punto de uso.

Ventajas del modo de suministro centralizado de agua purificada:

(1) Bajos costes operativos y gestión centralizada.

(2) Uso colectivo, sin posibilidad de que las máquinas queden inactivas.

(3) Gran producción; el uso del agua está conectado en red, con múltiples puntos de extracción en el mismo laboratorio.

Desventaja del modo de suministro centralizado de agua purificada: el sistema debe garantizar un funcionamiento seguro a largo plazo, de lo contrario existe riesgo de interrupción del suministro de agua.

3.2 Modo de suministro descentralizado de agua purificada

El modo de suministro descentralizado de agua purificada consiste en que se proporcione una máquina de purificación de agua o agua terminada en cada ubicación de uso de agua del laboratorio.

Ventajas del suministro descentralizado de agua purificada: cada instrumento cuenta con su propio derecho de uso y presenta una alta tasa de utilización.

Desventajas del suministro descentralizado de agua purificada:

(1) Altos costes operativos, gestión dispersa y costes de consumo relativamente elevados.

(2) Instalación en puntos fijos como unidades de suelo o de sobremesa, extracción de agua en puntos fijos, producción y caudal reducidos de la máquina y baja eficiencia de trabajo.

(3) Si cada grupo experimental realiza sus compras por separado, la inversión total del propietario en este tipo de productos es muy elevada, y la tasa de inactividad puede aumentar debido a las distintas cargas de trabajo de cada grupo, lo que no favorece la maximización de la eficiencia de la inversión.

(4) La calidad del agua varía.

Con el desarrollo de los equipos de laboratorio, el suministro de agua de laboratorio en red y centralizado se ha convertido en la tendencia para el agua purificada [en grandes edificios de laboratorios]